Recâblage du réseau : une réponse aux objectifs climatiques de Biden ?

CHARLOTTE, Caroline du Nord – La recherche de solutions d’énergie propre par la secrétaire à l’Énergie Jennifer Granholm l’a conduite à une stratégie qui évite les problèmes d’autorisation, économise de l’argent et pourrait mettre en ligne de grandes quantités d’énergies renouvelables, mais reste largement inutilisée.

Le concept est appelé reconductoring avancé, et des études montrent qu’il a le potentiel d’aider à briser un blocage croissant dans la fourniture d’une nouvelle énergie renouvelable pour atteindre les objectifs ambitieux d’énergie propre de l’administration Biden. L’idée est de renforcer les pylônes à haute tension existants avec de nouveaux câbles utilisant des matériaux de pointe en fibre de carbone ou en alliage d’aluminium.

En échange d’un coût initial plus élevé, les fils avancés peuvent fournir jusqu’à deux fois le courant des câbles en acier et en aluminium conventionnels de même taille. Cela accélérerait à son tour une augmentation de la capacité de transmission sans les longs délais d’attente et les combats de propriétaires fonciers qui ont tourmenté de nombreux projets antérieurs.

C’est une idée qui surgit dans les discours de Granholm. Lors d’une visite au laboratoire de l’Electric Power Research Institute à Charlotte à la fin du mois dernier, Granholm a tenu un échantillon de la taille d’un poignet d’un nouveau câble avancé qui pourrait transporter une partie importante des objectifs de décarbonisation ascendants du président Joe Biden – s’il peut gagner du terrain.

Les recherches de l’EPRI sur les câbles « , espérons-le, changent la donne quant à la manière dont les services publics à travers le pays voient l’opportunité de procéder à cette reconduction », a déclaré Granholm lors de la visite du laboratoire. « C’est l’une des solutions que nous envisageons. »

Des analystes de l’Université de Princeton et d’autres chercheurs ont calculé que la capacité des réseaux à haute tension de 160 000 milles du pays pourrait devoir tripler d’ici 2050 pour répondre à un trio de demandes élevées – élimination des émissions de carbone du réseau, augmentation de la production d’électricité à mesure que les véhicules électriques et les centres de données se multiplient et renforcement des réseaux électriques contre les conditions météorologiques extrêmes.

Sous Granholm, le DOE poursuit plusieurs programmes pour construire de plus grandes lignes multi-états pour déplacer l’énergie renouvelable des régions riches en vent et en soleil vers les villes. Le soutien provient du programme de facilitation du transport de 2,5 milliards de dollars financé par la loi sur les infrastructures et des garanties de prêt potentielles du ministère de l’Énergie.

« Nous voulons que les premières tranches de tout cet argent soient versées » à cette époque l’année prochaine, a déclaré Granholm lors de la visite de l’EPRI, faisant référence aux 2,5 milliards de dollars.

Mais les projets de transmission à grande échelle devraient établir des records de vitesse pour la planification, l’implantation et l’autorisation d’atteindre les objectifs climatiques, étant donné que de tels projets prennent généralement plus de sept ans entre la planification et l’exploitation. La reconduction, d’autre part, tire parti de l’atout le plus précieux des propriétaires de transmission – les droits de passage de leurs lignes existantes, a déclaré le directeur général d’EPRI, Arshad Mansoor, dans une interview.

« Il n’y a pas de permis environnemental, pas de construction de tour ; il suffit de changer le fil », a déclaré David Townley, directeur des politiques publiques de CTC Global Corp., l’un des principaux fabricants de câbles avancés, dans une interview.

Melanie Kenderdine, vice-présidente exécutive de la Fondation EFI, un groupe de réflexion dirigé par l’ancien secrétaire à l’Énergie Ernest Moniz, estime que jusqu’à 360 000 nouvelles tours seraient nécessaires d’ici 2030 pour construire suffisamment de lignes de transmission avec la technologie de câblage traditionnelle pour amener les États-Unis sur une trajectoire vers les objectifs zéro carbone de Biden. Il y a environ cinq tours par mile avec de nouvelles lignes à haute tension.

Mais avec la reconduction, il n’est pas nécessaire d’élever les pylônes de transmission. Cela laisserait également plus d’acier, d’aluminium et de cuivre pour construire des éoliennes et des véhicules électriques, a calculé Kenderdine dans une analyse EFI non publiée.

Les lignes électriques avancées doivent également faire partie d’un nouveau réseau de transmission qui sillonne les États-Unis pour déplacer de grandes quantités d’électricité provenant de la nouvelle production éolienne, solaire et nucléaire qui sont essentielles dans les scénarios de décarbonisation de 2050, affirment les défenseurs de la technologie. Reconduire serait moins cher que de construire de nouveaux projets, disent-ils.

« Un projet de réfection des conducteurs peut coûter jusqu’à la moitié du prix d’une nouvelle ligne de transmission et peut être achevé en un temps nettement plus court », a rapporté le DOE dans une étude de 2020.

Mais le choc initial de l’autocollant pose un gros obstacle, malgré les gains de coûts à long terme. Même si la reconduction est moins chère que la construction de nouveaux projets, les câbles avancés sont plus chers que les câbles traditionnels. Le DOE a conclu que le coût de construction des câbles avancés varie de 1 ½ à 5 fois celui des conducteurs conventionnels.

L’opérateur de système indépendant du Midcontinent (MISO), l’opérateur de réseau du Midwest, a calculé l’année dernière que les matériaux conducteurs avancés coûtaient 181 % de plus que les câbles standard dans les projets de réfection des conducteurs. La reconduction peut également nécessiter des mises à niveau coûteuses des sous-stations.

Cependant, la nouvelle technologie réduit les pertes de puissance lorsque le courant électrique « fuit » des lignes électriques, fournissant au moins un quart de puissance de plus que les lignes conventionnelles, raccourcissant la période de récupération pour les services publics et les clients, selon le DOE. Le temps qu’il faudrait pour rembourser un investissement varierait d’un projet à l’autre, mais en réduisant les fuites, la technologie permettrait à plus d’énergie d’atteindre les clients et d’augmenter les revenus des développeurs de projets.

Un état d’esprit « très, très conservateur »

La capacité de transport de courant plus élevée des câbles avancés est leur principal argument de vente auprès du DOE et des défenseurs de l’énergie propre.

Des noyaux en fibre de carbone plus légers dans certaines conceptions avancées permettent d’enrouler plus de câblage en aluminium autour du centre sans augmenter le poids total de la ligne par rapport aux anciennes versions centrées sur l’acier, et les brins en aluminium fournissent le courant, selon l’EPRI.

« Sur une période de temps, il est beaucoup plus logique de le faire car c’est plus fort, plus sûr et bien sûr (il fournit) beaucoup plus de puissance », a déclaré Granholm à Mansoor et à d’autres responsables de l’EPRI qui l’ont informée au laboratoire de Charlotte de l’EPRI.

Mais les avantages à long terme des conducteurs avancés sont rarement pris en compte lorsque les services publics et les régulateurs américains conçoivent de nouveaux projets de transmission, ont déclaré les analystes Jay Caspary et Jesse Schneider de la société de conseil Grid Strategies LLC dans un rapport de 2022 financé par l’American Council on Renewable Energy (ACORE) et d’autres sponsors, dont CTC Global.

« Malgré le besoin évident de remplacements et de mises à niveau au cours des prochaines décennies », les services publics et les opérateurs de réseau « ont étonnamment peu de projets de reconduction prévus qui devraient être mis en service avant 2030 », ont déclaré les deux auteurs.

Actuellement, les câbles avancés sont plus susceptibles d’être utilisés pour résoudre des problèmes de transmission particuliers et isolés. American Electric Power Co. (AEP) a choisi le câblage avancé de CTC Global pour répondre à un besoin urgent de fournir plus d’électricité le long du corridor Lower Rio Grande au Texas en 2016, par exemple.

Construire une nouvelle ligne pour résoudre le problème aurait pris beaucoup trop de temps compte tenu de la croissance rapide de la demande d’électricité dans la région, a déclaré Townley de CTC Global. Ainsi, des techniciens en combinaisons de protection doublées d’acier ont remplacé deux sections côte à côte de 120 milles d’un réseau de transmission multiligne par un câblage en fibre de carbone tandis qu’une autre ligne restait « chaude », a-t-il déclaré.

Cette solution a doublé la capacité totale des lignes et a permis d’économiser des millions de dollars par rapport à d’autres options, selon CTC Global.

La Western Area Power Administration a également utilisé des lignes avancées de 3M pour reconduire une voie de transmission du Dakota du Nord régulièrement frappée par des vents violents.

Dans le Montana, NorthWestern Energy a utilisé des conducteurs avancés pour remplacer une section de transmission traversant des zones fortement boisées au centre de l’État où les incendies de forêt sont une menace mortelle.

Les lignes d’origine ont été construites en 1925, signalant l’âge avancé d’une grande partie du réseau américain. Selon le DOE, plus de 70 % des lignes de transmission et des transformateurs de puissance du réseau national ont plus de 25 ans.

Les câbles à âme en acier conventionnels s’affaissent sous la chaleur estivale, ce qui augmente le risque de contact générateur d’incendie avec les arbres, a déclaré Randy Pinocci, membre de la Commission de la fonction publique du Montana, qui a approuvé le projet NorthWestern, dans une interview.

Le service public a combiné des câbles avancés à faible affaissement et de hautes tours en acier comme défense contre les incendies, et a également acquis la capacité de déplacer l’énergie éolienne croissante du Montana qui sort de l’État, a déclaré Pinocci.

Pinocci a déclaré avoir utilisé le projet cette année comme preuve pour plaider en faveur d’une nouvelle loi de l’État qui permettrait à la commission de réglementation du Montana d’accorder des rendements plus élevés aux développeurs qui installent des conducteurs avancés. La proposition est maintenant loi après avoir été signée cette année, mais il y a peu ou pas de politiques similaires dans d’autres États.

Aux États-Unis, l’option de reconduction doit surmonter un parti pris de longue date parmi les ingénieurs des services publics et leurs régulateurs pour favoriser les technologies les plus familières et la préférence des régulateurs pour les faibles coûts initiaux plutôt que les plus grands gains à long terme, selon le rapport ACORE.

« Nous avons formé (les ingénieurs des services publics) pour être très, très conservateurs », a déclaré Townley. « Fais la même chose que l’année dernière. Ne faites pas d’erreur. N’apportez aucun risque devant le régulateur. Cette inertie fait partie de l’état d’esprit des services publics d’électricité.

Le porte-parole du Nord-Ouest, Chris Puryear, témoignant en faveur de la mesure de réorientation du Montana devant un comité législatif de l’État en mars, a déclaré que la technologie n’était pas la réponse à tous les problèmes de transmission.

« La technologie, bien que prometteuse, est très spécifique à l’emplacement et au projet », a déclaré Puryear. « Cela fonctionne très bien dans certains cas et peut ne pas convenir dans d’autres. »

« Nous sommes face à une crise »

Lors du briefing de l’EPRI cet été, Granholm a insisté sur les moyens de jenmultiplier les projets de reconduction.

« Est-ce que des normes de reconduction pourraient être développées dans un délai raisonnable – six ou neuf mois ? » elle a demandé. « Nous sommes face à une crise.

Un grand coup de pouce de confiance serait les spécifications de conception approuvées pour les câbles et les connecteurs de câbles avancés par une organisation de normalisation reconnue comme l’American National Standards Institute, a déclaré Mansoor.

Mais malgré des années de tests, il n’existe pas de telles normes finales, selon l’EPRI.

L’ANSI n’a pas répondu à la demande de commentaire.

Le vice-président de l’EPRI, Andrew Phillips, a déclaré que les ingénieurs de l’institut testaient la durée de vie probable des câbles avancés dans des conditions normales et difficiles. Mais vous ne pouvez pas « simplement dire que cela fonctionne » et vous attendre à ce que les services publics l’achètent, a-t-il déclaré.

« Vous devez vous soucier de tout le cycle de vie » de la ligne dans tous les types de conditions, a-t-il déclaré à Granholm.